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1、1研究背景1.1高溫合金的發(fā)展歷程1.2鎳基單晶高溫合金的相組成1.3高溫蠕變過程的組織演變行為1.1高溫合金的發(fā)展歷程鎳基高溫合金由于其優(yōu)異的高溫蠕變性能、抗氧化性能等，成為制備航空發(fā)動機渦輪葉片的首選材料。圖1.1航空發(fā)動機渦輪葉片制備工藝及承溫水平制備工藝：傳統(tǒng)鑄造（多晶）-定向鑄造（定向晶）-單晶高溫合金。隨著航空發(fā)動機對推重比要求的不斷提高，必然導致渦輪前溫度的進一步上升，在使用各種冷卻技術與熱障涂層后，裸合金承受溫度仍將達到1200攝氏度。因此，有必要研究1200℃下單晶高溫合金的各項性能。1.1鎳基單晶高溫合金的相組成鎳基高溫合金通常由γ相（基體相）與γ’相（析出強化相
2、）組成；傳統(tǒng)理論認為[1]，保持γ’相體積百分數(shù)在60-70％，并通過熱處理制度得到尺寸均一排列整齊的γ’相和聯(lián)通的γ通道，高溫合金擁有最優(yōu)異的綜合性能。圖1.2鎳基高溫合金標準熱處理態(tài)組織[1]M,F.andL.T.MetallurgicalTransactionsA,1989.7(20):p.1233-1238.γ相：面心立方結(jié)構(gòu)，對強化元素有較高的固溶度γ’相：重要的析出強化相，通常情況下與基體γ相共格或者半共格，面心立方L12超有序結(jié)構(gòu)然而在1200℃下，γ’相將發(fā)生顯著的回熔，造成服役狀態(tài)下γ’相體積分數(shù)的下降，因此在1200℃下超高溫服役條件下，有必要將傳統(tǒng)高溫合金中較少
3、考慮的γ’相體積分數(shù)，作為一個影響因素進行考量。鎳基單晶高溫合金設計思路復雜，所含元素眾多，每種元素的含量及各元素間相互作用均有可能影響最終的合金性能，對各類合金元素可進行粗略分類。AlCrTaWCoMoTiReRuNbHfCBZrNi第一代PWA14805.010.012.04.05.0—1.5———————BalReneN43.79.04.06.08.02.04.2——0.5————BalSRR995.58.012.010.05.0—2.2———————Bal第二代PWA14845.65.09.06.010.02.0—3.0——0.1———BalCMSX-45.66.56.56.
4、49.60.61.03.0——0.1———BalReneN56.27.07.05.08.02.0—3.0——0.2———Bal第三代CMSX-105.72.08.05.03.00.40.26.0——0.03———BalTMS-1385.92.95.65.95.92.9—4.92.0—0.1———BalReneN65.754.27.26.012.51.4—5.4——0.150.050.004—Bal第四代MC-NG6.04.05.05.0—1.00.54.04.0—0.1———BalEPM-1025.552.08.256.016.52.0—5.953.0—0.150.03——BalTM
5、S-1625.82.95.65.85.83.9—4.96.0—0.09———Bal1.3高溫蠕變過程的組織演變行為在高溫合金的眾多性能中，高溫持久壽命是衡量高溫合金性能的一項重要指標。高溫持久過程中一般會經(jīng)歷三個典型蠕變階段。蠕變第一階段（減速）、蠕變第二階段（穩(wěn)態(tài)）及蠕變第三階段（加速）。蠕變第一階段蠕變第二階段蠕變第三階段abc圖1.3高溫合金典型的蠕變曲線[2]ReedRC.TheSuperalloysFundamentalsandApplications[M].CambridgeUniversityPress;2006.實驗思路設計γ'相形成元素含量增長的三種合金獲得不同的γ
6、'相體積百分數(shù)觀察γ'相體積分數(shù)對高溫持久過程組織演變行為的影響觀察不同的組織演變行為對位錯運動及失效模式的影響分析γ’相組織演變行為對單晶高溫合金1200℃持久性能的影響2實驗材料2.1實驗合金的名義成分2.2實驗合金的熱處理制度實驗材料表2.1實驗合金名義成分（wt％）AlTaMoWReNiMS325.96.28-9.503Bal.IC217.5013-1501.5Bal.IC21SA8.03.09.5-10.501.5Bal.MS32為富Mo強化（8Mowt％）的鎳基單晶高溫合金；IC21為富鋁（7.5Alwt％）富鉬（13Mowt％）強化的Ni3Al基單晶高溫合金；IC21S
7、A在IC21的基礎上降低3.5wt％Mo元素，同時添加0.5wt％Al元素與3wt％Ta元素。γ’相形成元素γ相強化元素實驗材料表2.2實驗合金名義成分（at％）AlTaMoWReNiMS3213.22.05.001.0Bal.IC2115.907.700.5Bal.IC21SA16.91.35.600.5Bal.γ相強化元素圖2.1三種合金γ’相形成元素含量對比三種合金的γ'相形成元素含量基本呈階梯狀上升實驗材料固溶制度一次時效制度二次時效制度MS321
